【文章內(nèi)容簡介】 2）附加當量密度為了預(yù)防溢流，就必須在平衡地層壓力所需的鉆井液密度的基礎(chǔ)上再增加一個附加壓力，這個附加壓力應(yīng)能平衡抽汲壓力等。因此，確定鉆井過程中鉆井液密度的公式是：ρm=ρc+ρe 218式中：ρm—鉆井過程中的鉆井液密度；ρc—地層壓力當量鉆井液密度；ρe—附加壓力當量鉆井液密度。我們可以采用自動灌鉆井液等方法，使起鉆時液面下降高度減小或不下降。因此起鉆時液面下降而減少的壓力不大，有時可忽略不計。而抽汲壓力是不可忽視的，只要鉆柱上提，就會有抽汲壓力，減小上提鉆柱的速度，只能減小抽汲壓力、但不能消除抽汲壓力。影響抽汲壓力的因素很多，其值變化范圍較大。根據(jù)計算可知，，考慮到氣侵對鉆井液密度的影響，地層壓力預(yù)報的誤差等因素，附加壓力應(yīng)比抽汲壓力略高。只有這樣，才能在整個鉆井過程中保證井底壓力大于地層壓力，以防止井侵與溢流。中國石油天然氣總公司對附加當量壓井液密度值的規(guī)定如下：油井：ρe=～～；氣井：ρe=～ g/～。在實際工作中應(yīng)根據(jù)灌鉆井液的措施、鉆井液粘切等性能、地層壓力預(yù)報精度等條件在規(guī)定范圍內(nèi)合理確定ρe值；因為：ρc=所以：ρm=+ρe 219[例題]某井井深為3200m時氣層壓力預(yù)報為50MPa，試確定鉆開該氣層所需的鉆井液密度。解：；ρm=+ρe=50/（3200）+=。答：。（3）根據(jù)井眼施工工況適當調(diào)整壓井液的密度由于在鉆井中（特別是鉆探井）對地層壓力值了解得不確切，因此在施工中，應(yīng)根據(jù)井的工況適時調(diào)整壓井液密度，以免發(fā)生溢流或其他復(fù)雜問題。第三章 氣侵與溢流溢流的原因與預(yù)防當由于各種因素的影響造成底壓力小于地層壓力時，將會產(chǎn)生井侵與溢流。溢流井噴發(fā)生的原因可以概括為14個方面：（1）起鉆抽吸，造成誘噴。（2）起鉆不灌鉆井液或沒有灌滿。（3）不能及時準確地發(fā)現(xiàn)溢流。（4）發(fā)現(xiàn)溢流后處理措施不當。比如，有的井發(fā)現(xiàn)溢流后不是及時正確地關(guān)井，而是繼續(xù)循環(huán)觀察，致使氣侵段鉆井液或氣柱迅速上移，再想關(guān)井，為時已晚。（5）井口不安裝防噴器。井口不安裝防噴器主要是認識上的片面性：其一，實行口井大承包后，片面追求節(jié)省鉆井成本，想盡量少地投入鉆井設(shè)備，少占用設(shè)備折舊；其二，認為地層壓力系數(shù)低，不會發(fā)生井噴，用不著安裝防噴器；其三，井控裝備配套數(shù)量不足，配有的防噴器只能保證重點探井和特殊工藝井；其四，認為幾百米的淺井幾天就打完了，用不著安裝防噴器。（6）井控設(shè)備的安裝及試壓不符合《石油與天然氣鉆井井控技術(shù)規(guī)定》的要求。比如：放噴管線、鉆井液回收管線、內(nèi)控管線各部位的連接不是法蘭絲扣連接，而是現(xiàn)場低質(zhì)量的焊接；連接管線的尺寸、壁厚、鋼級不合要求。彎頭不是專用的鑄鋼件，彎頭小于90度；放噴管線不用水泥基墩固定，或是雖然固定了但間隔太遠。放噴管線沒有接出井場，管線長度不夠；防噴器及節(jié)流管匯各部件沒有按規(guī)定的標準試壓，各部件的閥門出現(xiàn)問題最多，有的打不開，有的關(guān)不上，有的刺漏。防噴器不安裝手動操縱桿，不安裝灌鉆井液管線，而是把高壓內(nèi)控管線當作灌鉆井液管線使用；井口套管接箍上面的雙公升高短節(jié)絲扣不規(guī)范，造成刺漏；防噴器與井口安裝不正、關(guān)并時閘板推不嚴，造成刺漏；防噴器橡膠件老化，不能承受額定壓力；控制系統(tǒng)儲能器至防噴器的液壓油管線安裝不規(guī)范，漏油；儲能裝置控制系統(tǒng)擺放位置不合要求等。（7）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。表層套管下的深度不夠，技術(shù)套管下的深度又靠后，當鉆到下部地層遇有異常壓力而關(guān)井時，在表層套管鞋外憋漏，鉆井液竄至井場地表，無法實施有效關(guān)井。還有的井應(yīng)該在打開油氣層前實施先期完成，可往往設(shè)計上卻是后期完成，給井控工作帶來了麻煩。（8）對淺氣層的危害性缺乏足夠的認識。許多人認為淺氣層井淺，最多幾百米深，地層壓力低，不會惹麻煩。而實際上，井越淺，平衡地層壓力的鉆井液柱壓力也越小，一但失去平衡，淺層的油氣上竄速度很快，時間很短就能到達井口，很容易讓人措手不及。而且淺氣層發(fā)生井涌井噴，多是在沒有下技術(shù)套管的井，即使關(guān)上井，很容易在上部淺層或表層套管鞋處憋漏。所以，淺氣層的危害性必須引起人們的重視，要從井身結(jié)構(gòu)和一次控制上下功夫。（9）地質(zhì)設(shè)計未能提供準確的地層孔隙壓力資料，造成使用的鉆井液密度低于地層孔隙壓力。（10）空井時間過長，又無人觀察井口。空井時間過長一般都是由于起完鉆后修理設(shè)備或是等技術(shù)措施。由于長時間空井不能循環(huán)鉆井液，造成氣體有足夠的時間向上滑脫運移。當運移到井口時已來不及下鉆，此種情況下關(guān)閘板防噴器不起作用，關(guān)環(huán)形防噴器要么沒有安裝，要么膠芯失效，往往造成井噴失控。（11）鉆遇漏失層段發(fā)生井漏未能及時處理或處理措施不當。發(fā)生井漏以后，鉆井液液柱壓力降低，當液柱壓力低于地層孔隙壓力時就會發(fā)生井侵、井涌乃至井噴。（12）相鄰注水井不停注或未減壓。這種情況多發(fā)生在老油田、老油區(qū)打調(diào)整井的情況。由于油田經(jīng)過多年的開發(fā)注水，地層壓力已不是原始的地層壓力，尤其是遇到高壓封閉區(qū)塊，它的壓力往往大大高于原始的地層壓力。如果采油廠考慮原油產(chǎn)量，不愿意停掉相鄰的注水井，或是停注但不泄壓，往往造成鉆井的復(fù)雜情況發(fā)生。（13）鉆井液中混油過量或混油不均勻，造成液柱壓力低于地層孔隙壓力。這種情況多發(fā)生在深井、探井、復(fù)雜井，出于減少摩阻、改善鉆井液性能、穩(wěn)定井壁、鉆井工藝的需要，往往要在鉆井液中握入一定比例的原油。但在混油過程中，加量過猛導(dǎo)致不均勻，或是總量過多，都會造成井筒壓力失去平衡。此外，當卡鉆發(fā)生后，由于需要泡原油、柴油、煤油解卡，從而破壞了井筒內(nèi)的壓力平衡，此時如果不注意二次井控，常常會造成井涌、井噴，釀成更重大的事故。（14）思想麻痹，違章操作。由于思想麻痹、違章操作而導(dǎo)致的井噴失控在這類事故中占有一定的比例，解決這個問題主要要從嚴格管理和技術(shù)培訓(xùn)兩個方面入手，做好基礎(chǔ)工作。下面針對溢流發(fā)生的原因提出一些預(yù)防溢流的具體措施。起鉆時，灌入鉆井液體積小于起出鉆柱體積，會使井內(nèi)液柱高度下降，從而引起井底壓力降低，嚴重時導(dǎo)致溢流與井噴。起鉆時灌鉆井液的原則如下：（1）至少每起出3~5個立根的鉆桿，或起出一個立根的鉆鋌時，就需要檢查一次灌入的鉆井液量。灌鉆井液前決不能讓井內(nèi)的液面下降超過30m。（2）應(yīng)當通過灌鉆井液的管線向井內(nèi)灌鉆井液，不能用壓井管線灌鉆井液。使用壓井管線可能會使管線和閥門腐蝕，這樣在應(yīng)急的情況下就不能發(fā)揮其作用。（3）灌鉆井液管線在防溢管上的位置不能與井口防溢管的出口管同一高度，如果兩管同一高度則經(jīng)過灌鉆井液管線灌入可能直接從出口管流出，從而誤認為井筒已灌滿。（4）保證灌入鉆井液體積等于起出鉆柱的體積，以滿足井底壓力與地層壓力的平衡。在起鉆時必須清楚地知道起出鉆柱的體積、并及時測量實際灌入井內(nèi)的鉆井液體積。起出鉆柱的體積取決于其長度、外徑、內(nèi)徑。大多數(shù)普通尺寸的鉆桿與鉆鋌，其尺寸可由鉆具體積表查出。盡管體積的數(shù)值很容易計算，但是由于鉆桿接頭的影響，給鉆具體積的計算增加了許多困難。因此鉆具體積表對于知道起出鉆柱的體積是特別有用的。實際灌入鉆井液的體積可用下列裝置中的一種進行測量:（1）鉆井液補充灌；（2）泵沖數(shù)計數(shù)器；（3）流量表；（4）鉆井液池液面指示器。鉆井液補充罐是最可靠的測量設(shè)備。從井內(nèi)起出一定數(shù)量的立根之后，它可以顯示出需要灌多少鉆井液來充滿井眼。鉆井液補充罐是一個高而細的鉆井液罐(~)，罐內(nèi)的鉆井液面高度可顯示出十幾厘米的變化。鉆井液補充罐通常用50L或 100L的增量來刻度。容積的測量可以使用這種刻度或者使用與正規(guī)鉆井液池上裝的類似的氣動浮子傳感器來進行。最普通形式的鉆井液補充罐是重力式灌注罐。鉆具從井內(nèi)起出，鉆井液依靠重力從罐里流入井內(nèi)。其他類型的補充罐使用一個小離心泵不斷地把鉆井液從補充罐循環(huán)到井里，溢流返回到鉆井液補充罐。不論用那一種補充罐，都要從主鉆井液罐定期地泵送鉆井液，裝滿鉆井液補充罐。鉆井液補充罐在井控作業(yè)中還有其它用途，一方面可以用來測量泵的效率，另一方面也是強行起、下鉆作業(yè)的一個組成設(shè)備。若井場沒有鉆井液補充罐，可以用鉆井泵向井內(nèi)灌鉆井液，由泵的沖數(shù)計來計量泵入鉆井液的體積。根據(jù)泵缸套尺寸和泵的沖程，就可以知道泵送一方鉆井液需要多少沖數(shù)，只有精確知道泵的效率才能計算出精確的排量。泵的排量表不適合這項工作，如果使用泵沖數(shù)計數(shù)器，就需要定期地校驗泵效率。流量表可以用來監(jiān)控泵送到井內(nèi)的鉆井液量，但是只有少數(shù)鉆機上裝有這種表。大多數(shù)流量表的精確度也受鉆井液流變性的影響，如果沒有校正和適當保養(yǎng)就可能得不到準確的數(shù)值。鉆井液池液面指示器反應(yīng)鉆具起出井筒后的鉆井液應(yīng)灌入量，但是大鉆井液池里這種液面的變化不易檢測出。起鉆時，在主鉆井液池上使用傳感器，也不是一種計量灌注鉆井液量的好辦法。而有些鉆機安裝幾個鉆井液池，并可單獨隔離一個小鉆井液池，這樣就大大地提高了計量的靈敏度，常常是一種可取的計量灌漿量的方法。不論使用哪種灌鉆井液的設(shè)備，灌入的鉆井液量必須與起出鉆具的體積進行比較，使之相等。現(xiàn)已有專門設(shè)備可以自動地進行上述這種比較，但大多數(shù)鉆機上還沒有配這種設(shè)備。在一定條件下，井隊人員中增加一人專門負責控制灌入鉆井液是完全必要的。在核對對灌入井內(nèi)的鉆井液體積是否等于起出鉆柱的體積時，還應(yīng)考慮起鉆時鉆臺上噴鉆井液而引起的損耗，有時此值較大。如果井眼不能充滿適當?shù)你@井液量，起鉆作業(yè)就要停止，并采取安全措施。這需要重新下鉆到井底，進行循環(huán)。引起過大抽吸壓力的原因是：（1）起鉆時加速度或速度過大；（2）鉆井液粘度、切力過大；（3）井徑不規(guī)則；（4）環(huán)空間隙過??；（5）下放鉆柱時減速過快；（6）鉆頭、扶正器泥包；（7）井壁虛泥餅太厚。根據(jù)影響抽吸壓力的因素，確定減小過大抽吸壓力的方法如下：（1）起鉆速度不要過快，不猛提猛剎鉆具。在起鉆后期，鉆頭進入技術(shù)套管或表層套管后，因為環(huán)空間隙減小，抽吸作用會相應(yīng)增大，所以在起鉆后期，不能僅根據(jù)鉆機的起升能力而高速起鉆，而應(yīng)根據(jù)允許的抽吸壓力值來決定起升鉆柱的速度。在一般情況下，起鉆前期特別是在油氣層附近起鉆應(yīng)用一檔，起出油氣層頂面10柱以上，才能用二檔，一般不用三檔起鉆，在鉆至油氣水層后的全部起鉆過程中，絕不準用高速起鉆。（2）改善鉆井液性能，使其粘度、切力、屈服值保持在適宜的數(shù)值上，降低濾失量。（3）鉆進時排量要充足，防止干鉆，避免出現(xiàn)泥包，出現(xiàn)泥包后，一定要緩慢起鉆。（4）環(huán)形空間間隙要適當。起鉆過程中，當發(fā)現(xiàn)有“拔活塞”現(xiàn)象時，應(yīng)立即停止起鉆作業(yè)，排除“拔活塞”的原因，必要時將鉆具下至原井深洗井正常后再起鉆。產(chǎn)生“拔活塞”的原因：鉆頭泥包；扶正器泥包；井壁虛泥餅太厚等。解決方法：調(diào)整鉆井液性能，降低濾失量和泥餅厚度，特別地層溫度大于80℃時，濾失量/泥餅指標應(yīng)以高溫高壓失水/泥餅指標為主；降低鉆井液的粘、切，改善流變性能；增大洗井排量；適當控制機械鉆速；改善井底流場等。引起鉆井液密度偏小的原因主要有：（1）地層壓力估計不準；（2）片面追求高的機械鉆速和低成本而使用最低的鉆井液密度；（3）向鉆井液中加水或雨水通過鉆井液池或鉆井液罐進入了鉆井液中；（4）鉆井液中加入絮凝處理劑，固相顆粒在鉆井液罐等地面設(shè)備中絮凝沉淀，并被有關(guān)設(shè)備排除出去，使鉆井液密度減小。（5）發(fā)生油氣水侵后的鉆井液未經(jīng)處理而重新泵入井內(nèi)。防止鉆井液密度偏小的原則是：（1）采用合理的方法，準確估計地層壓力。（2）在井底壓力略大于地層壓力的情況下，不得向鉆井液中放水、鉆井液罐要密閉，防止雨水進入鉆井液中。（3）向鉆井液中加入絮凝處理劑之前，鉆井液人員要首先通知鉆井工程技術(shù)人員，只有在保證井底壓力大于地層壓力的條件下，才能加入絮凝處理劑。（4）鉆井液中油侵、鹽水侵較嚴重時，從井內(nèi)返出的油、鹽水侵鉆井液必須改道，離開主循環(huán)罐加以儲存、不要將油、鹽水侵鉆井液重新泵入井內(nèi)。（5）鉆至較厚的氣層時，鉆速要緩慢、要分段打開氣層，防止造成嚴重氣侵。（6）在油氣中下鉆時，應(yīng)分段循環(huán)，循環(huán)鉆井液時，可采用節(jié)流循環(huán)的方式，不可一次將鉆具下至井底后再循環(huán)鉆井液，返出的鉆井液中若有油氣，應(yīng)及時除掉。（7）鉆井液氣侵后，必須及時除氣。如果不采取措施及時除氣，氣侵鉆井液就會被重新泵入井內(nèi)，氣侵就會更加嚴重，鉆井液密度則進一步下降，形成惡性循環(huán)。 循環(huán)漏失是指井內(nèi)的鉆井液漏入地層，這就引起井內(nèi)液柱和靜液壓力下降。下降到一定程度時，井涌就可能發(fā)生。 當?shù)貙恿芽p足夠大，并且井內(nèi)環(huán)形空間的靜液壓力超過裂縫地層壓力時，就要發(fā)生循環(huán)漏失。地層裂縫可能是天然的，也可能是由鉆井液柱壓力過大把地層壓裂而次生的。 由于鉆井液密度過高和下鉆時的壓力激動，使得作用于地層上的壓力過大。在有些情況下，特別是在深井、小井眼里使用高粘度鉆井液鉆進，環(huán)形空間摩擦壓力損失(當量循環(huán)密度CEO)可能高到足以引起循環(huán)漏失。以很快的鉆速鉆粘土頁巖時也可能出現(xiàn)類似的情況。環(huán)形空間增加阻礙和增加鉆井液密度會大大地增加井筒的壓力。（1）設(shè)計好井身結(jié)構(gòu)、正確確定下套管深度，封隔住易漏地層。（2）下鉆速度不要過快，不猛放、猛剎鉆具。在下鉆至套管鞋處、易漏層、油氣層時，要嚴格控制下鉆速度。在下套管時也應(yīng)注意這一點。（3）保持鉆井液性能處于良好狀態(tài)，使鉆井液密度、粘度、切力維持在最小值附近。鉆井液的密度以能平衡地層壓力為基礎(chǔ)，其值越小越好。鉆井液粘度、靜切力只要能保證有效地攜帶、懸浮巖屑即可，其值越小越好。（4）開泵不要過猛，泵壓不能過高。如果井內(nèi)鉆井液靜止時間過長，可以分段循環(huán)鉆井液。下鉆到井底后，先用小排量頂通水眼，形成循環(huán)，然后再提高到正常鉆進排量。（5）在易漏地層，鉆速不要過快，防止巖屑過多使井底壓力過大。（6）發(fā)生井漏后，要及時向井內(nèi)灌鉆井液或清水，并準備向井內(nèi)注入堵漏物質(zhì)?？赡茔@遇異常壓力地層的高壓井時,設(shè)計時應(yīng)考慮使用更好的設(shè)備，而且更密切的注意防止可能發(fā)生的井涌。（1）提高地層壓力預(yù)報設(shè)備的測量精度與有關(guān)地質(zhì)人員的技術(shù)水平，由地質(zhì)部門較準確地提出正常